(57)【要約】      （修正有）【課題】高出力および高エネルギー密度を示す非水電解質リチウム二次電池に使用する正極活物質および正極とその製造方法を提供する。【解決手段】数平均最長寸法が６０μｍを超えるフレーク状の正極活物質１２０であり、該フレークは金属酸化物または金属リン酸塩材料からなる。該複数のフレーク状活物質１２０が、所定の厚さ１４０の被覆層を形成するように導電性基板１００上に整列させて電極とする事を特徴とする。該活物質材料は、下記より選択される。ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ（Ｍ１ｘ１Ｍ２ｘ２Ｃｏ１−ｘ１−ｘ２）Ｏ２（式中、Ｍ１およびＭ２はＬｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｇまたはＡｌの中から選択され、０≦ｘ１≦０．５および０≦ｘ２≦０．５である）からなる群、あるいは、ＬｉＭ１（１−ｘ）ＭｎｘＯ２（式中、０＜ｘ＜０．８であり、且つＭ１が一以上の金属元素である）【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
６０μｍを超える数平均最長寸法を有する複数のフレークで被覆された導電性基板を備える電極を有する２次電池であって、
該フレークは、金属酸化物材料または金属リン酸塩材料を含む、２次電池。
【請求項２】
前記複数のフレークが、３０μｍ以上の厚さの正極被覆を形成するように整列する、請求項１に記載の２次電池。
【請求項３】
前記フレークが約１７μｍの最短寸法を有する、請求項１に記載の２次電池。
【請求項４】
前記フレークが約２５μｍの最短寸法を有する、請求項１に記載の２次電池。
【請求項５】
前記フレークが多結晶または単結晶である、請求項１に記載の２次電池。
【請求項６】
前記複数のフレークの間の空間または空隙内を充填するための充填剤をさらに含み、該充填剤が任意の方向に対して約１７μｍより小さな平均粒子径を有する粉体を含む、請求項１に記載の２次電池。
【請求項７】
前記充填剤が、金属酸化物材料もしくは金属リン酸塩材料、または金属酸化物材料および金属リン酸塩材料の組み合わせからなる、請求項６に記載の２次電池。
【請求項８】
前記金属酸化物材料が、ＬｉＣｏＯ２、Ｌｉ（Ｍｎ１−ｘ３Ｍ３ｘ３）２Ｏ４、Ｌｉ（Ｍ１ｘ１Ｍ２ｘ２Ｃｏ１−ｘ１−ｘ２）Ｏ２（式中、Ｍ１およびＭ２はＬｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｇまたはＡｌの中から選択され、Ｍ３はＬｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｇもしくはＡｌのうちの１つまたは組み合わせから選択され、０≦ｘ１≦０．５、０≦ｘ２≦０．５、０≦ｘ３≦０．５である）よりなる群から選択される、請求項１に記載の２次電池。
【請求項９】
前記金属酸化物材料がＬｉＭ１（１−ｘ）ＭｎｘＯ２で表され、式中、０＜ｘ＜０．８であり、且つＭ１が一以上の金属元素である、請求項１に記載の２次電池。
【請求項１０】
Ｍ１がニッケル、コバルトまたはそれらの組み合わせを含む、請求項９に記載の２次電池。
【請求項１１】
前記金属酸化物材料が、ＬｉＮｉ０．３３Ｃｏ０．３３Ｍｎ０．３３Ｏ２（ＮＭＣ）である、請求項９に記載の２次電池。
【請求項１２】
前記金属リン酸塩材料が化学式ＬｉＭＰＯ４で表され、式中、ＭがＦｅ、Ｍｎ、ＮｉもしくはＣｏのうちの１つまたは組み合わせから選択される、請求項９に記載の２次電池。
【請求項１３】
一以上の金属酸化物材料または金属リン酸塩材料のフレーク且つ複数の多結晶または単結晶のフレークで被覆された導電性基板を備える電極を有する、２次電池。
【請求項１４】
前記フレークが約１７μｍの最短寸法を有する、請求項１３に記載の２次電池。
【請求項１５】
前記フレークが６０μｍより長い最長寸法を有する、請求項１３に記載の２次電池。
【請求項１６】
前記フレークが約２５μｍの最短寸法を有する、請求項１３に記載の２次電池。
【請求項１７】
前記複数のフレークが、３０μｍ以上の厚さの層を形成するように配置される、請求項１３に記載の２次電池。
【請求項１８】
前記複数のフレークの間の空間または空隙内に充填するための、任意の方向に対して１７μｍより小さな平均粒子径を有する粉体からなる充填剤をさらに含む、請求項１３に記載の２次電池。
【請求項１９】
前記金属酸化物材料が、ＬｉＣｏＯ２、Ｌｉ（Ｍｎ１−ｘ３Ｍ３ｘ３）２Ｏ４、Ｌｉ（Ｍ１ｘ１Ｍ２ｘ２Ｃｏ１−ｘ１−ｘ２）Ｏ２（式中、Ｍ１およびＭ２はＬｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｇまたはＡｌの中から選択され、Ｍ３はＬｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｇもしくはＡｌのうちの１つまたは組み合わせから選択され、０≦ｘ１≦０．５、０≦ｘ２≦０．５、０≦ｘ３≦０．５である）よりなる群から選択される、請求項１３に記載の２次電池。
【請求項２０】
前記金属リン酸塩材料が化学式ＬｉＭＰＯ４で表され、式中、ＭがＦｅ、Ｍｎ、ＮｉもしくはＣｏのうちの１つまたは組み合わせから選択される、請求項１３に記載の２次電池。
【請求項２１】
前記金属酸化物材料がＬｉＭ１（１−ｘ）ＭｎｘＯ２で表され、式中、０＜ｘ＜０．５であり、且つＭ１が一以上の金属元素である、請求項１３に記載の２次電池。
【請求項２２】
１００μｍを超える最長寸法の金属酸化物材料または金属リン酸塩材料を有する複数のフレークを含む、正電極材料。
【請求項２３】
前記金属酸化物材料が、ＬｉＣｏＯ２、Ｌｉ（Ｍｎ１−ｘ３Ｍ３ｘ３）２Ｏ４、Ｌｉ（Ｍ１ｘ１Ｍ２ｘ２Ｃｏ１−ｘ１−ｘ２）Ｏ２（式中、Ｍ１およびＭ２はＬｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｇまたはＡｌの中から選択され、Ｍ３はＬｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｇもしくはＡｌのうちの１つまたは組み合わせから選択され、０≦ｘ１≦０．５、０≦ｘ２≦０．５、０≦ｘ３≦０．５である）よりなる群から選択される、請求項２２に記載の正電極材料。
【請求項２４】
前記金属酸化物材料がＬｉＭ１（１−ｘ）ＭｎｘＯ２で表され、式中、０＜ｘ＜０．５であり、且つＭ１が一以上の金属元素である、請求項２２に記載の正電極材料。
【請求項２５】
前記金属リン酸塩材料が化学式ＬｉＭＰＯ４で表され、式中、ＭがＦｅ、Ｍｎ、ＮｉもしくはＣｏのうちの１つまたは組み合わせから選択される、請求項２２に記載の正電極材料。
【請求項２６】
正極活性材料の多結晶フレークを多量に調製する工程と、
前記フレークを、選択した金属スクリーンに通し、且つ金属スクリーン上に移すことによって、所望の径のフレークを分離または分類する工程と、
前記分類されたフレークを、溶媒を伴う充填剤粉体、導電性粉体および結合剤と共に混合することによって、フレークのスラリーを調製する工程と、
前記スラリーを導電性基板上に被覆する工程と、
前記被覆された基板を加熱して前記溶媒を蒸発させる工程と、
前記被覆された基板を所望の最終電極厚さまでプレスする工程と、
を含む、２次電池用の正電極材料を作製する方法。
【請求項２７】
前記導電性基板が２つの対向する面と共に形成され、１次スラリーを被覆するという前記工程がさらに、
前記導電性基板の両面を被覆することと、
前記フレークを全体的に好ましい向きに実質的に整列させる、選択した単軸圧力を加えることによって、前記被覆された基板を緻密化させることと、
を含む、請求項２６に記載の２次電池用の正電極材料を作製する方法。
【請求項２８】
前記導電性粉体がカーボンである、請求項２６に記載の２次電池用の正電極材料を作製する方法。
【請求項２９】
正極活性材料を選択する工程と、
前記正極活性材料に結合剤および溶媒を加えることによって１次スラリーを調製する工程と、
基板上に前記１次スラリーの層を付着させる工程と、
前記層を、選択した時間および温度で乾燥させる工程と、
前記層を、細長い構造体に細分化する工程と、
前記細長い構造体を４００〜１１００℃で１〜４８時間焼結させて、焼結した多結晶フレークを形成する工程と、
を含む、正極活性材料の多結晶フレークを調製する方法。
【請求項３０】
前記正極活性材料がＮＭＣ材料である、請求項２９に記載の多結晶フレークを調製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高出力および高エネルギー密度を示すことができる充電可能なリチウム２次電池に関する。より詳細には、リチウム２次電池に使用するための正電極組成物および電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
充電可能なリチウム電池は近年、ますます多くの用途を見出している。携帯電子機器のサイズの小型化への可能性が、携帯電子機器における様々な用途について、これらの電池を特に魅力的にしている。その上、携帯機械工具およびハイブリッド車両または全電気車両のような、特に新興の高出力用途において、将来予想されるさらなる用途が存在する。
【０００３】
充電可能なリチウム電池の性能は、電極およびその中に使用される材料の特性によって決まる。市販のリチウムイオン電池のエネルギー密度は一般に、出力密度が増加するにつれて減少する。例えば、（参照によりその全体が本明細書に引用される）米国特許第６，３３７，１５６号および第６，６８２，８４９号は、２次電池用の電極を記載しているが、開示されたような電極が時として、満足な高出力および高エネルギー密度のレベルをもたらさないことが認められている。さらに、従来技術の２次電池用の（参照によりその全体が本明細書に引用される）欧州特許第１７２２４２８号に記載のようなリチウム金属リン酸塩電極（lithium metal phosphate electrode）は時として、速度（rate）の挙動が不良であり、そのため高い速度、例えば２Ｃでのそれらの容量が所望の容量から遠く離れてしまう場合もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、良好な高い速度の挙動を有する改善された高い速度のリチウム２次電池、およびこれに関連する電極の製造方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は２次リチウム電池システムおよびその製造方法に関する。本明細書に記載される本発明の様々な態様は、以下に記載する用途、または任意の他の種類のリチウム電池に適用可能である。本発明は、独立型のシステムまたは方法として、あるいは一体化された電池または電力貯蔵システムの一部として適用可能である。本発明の異なる態様が個々に、集合的にまたは互いとの組み合わせで評価できることが理解されるはずである。
【０００６】
本発明の一態様は、電極を有する２次電池を提供する。この電極は、複数のフレークの粉体で被覆される導電性基板を有する。このフレークは、６０μｍを超える数平均最長寸法（number average longest dimension）を有することができ、前記フレークは金属酸化物材料または金属リン酸塩材料からなり得る。本発明の幾つかの実施形態では、この複数のフレークは、３０μｍ以上の厚さの正極被覆を形成するように整列させることができる。本発明の幾つかの実施形態では、このフレークは約１７μｍまたは約２５μｍの最短寸法を有し得る。このフレークは単結晶または多結晶であり得る。本発明の幾つかの実施形態では、複数のフレークの間の空間または空隙を充填することができる、金属酸化物材料もしくは金属リン酸塩材料、またはそれらの組み合わせであってもよい粉体の充填剤が存在し得る。
【０００７】
本発明の幾つかの実施形態では、この金属酸化物材料は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ（Ｍ１ｘ１Ｍ２ｘ２Ｃｏ１−ｘ１−ｘ２）Ｏ２（式中、Ｍ１およびＭ２はＬｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｇまたはＡｌの中から選択され、０≦ｘ１≦０．５、０≦ｘ２≦０．５である）よりなる群から選択することができる。本発明の幾つかの実施形態では、この金属酸化物材料は、０＜ｘ＜０．８であり、且つＭ１が一以上の金属元素である、ＬｉＭ１（１−ｘ）ＭｎｘＯ２であり得る。
【０００８】
本発明の別の態様は、２次電池用の正電極材料を作製する方法を提供する。この方法は、正極活性材料のフレークを調製する工程を含む。次に、所望の径のフレークを、適当な金属スクリーンに通し、且つ金属スクリーン上に移すことによって分離する。次に、この分類された多結晶フレークを、溶媒を伴う充填剤粉体、導電性粉体および結合剤と共に混合することによって、フレークのスラリーを調製する。次に、このスラリーを、導電性基板上に被覆する。被覆された基板を加熱して前記溶媒を蒸発させ、次いで、所望の最終電極厚さまでプレスする。
【０００９】
本発明の他の目標および利点は、以下の説明および添付の図面と共に考慮すると、さらに評価され且つ理解されるであろう。以下の説明は、本発明の具体的な実施形態を記載する特定の詳細を含む可能性があるが、これは本発明の範囲の限定と解釈すべきではなく、むしろ好ましい実施形態の例示と解釈すべきである。本発明の各態様について、本明細書で示唆したような当業者に知られた多くの変形した形態があり得る。様々な変更および改変は、本発明の趣旨から逸脱することなく、本発明の範囲内で行うことができる。
【００１０】
参照による引用
本明細書に記載の全ての出版物、特許および特許出願は、個々の出版物、特許または特許出願が参照により引用されることが具体的且つ個々に指示された場合と同じ程度まで、参照により本明細書に引用される。
【００１１】
本発明の特徴および利点は、例示的な実施形態を記載する以下の詳細な説明および添付の図面を参照してさらに説明することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明により製造されるフレークを用いて形成される被覆を有する、正極または正電極の図である。
【図２】本発明により形成される多結晶フレークの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図３Ａ】容量と放電電流との間の関係を示す本発明の実施形態に関する性能チャートを示す図である。
【図３Ｂ】容量と放電電流との間の関係を示す本発明の実施形態に関する性能チャートを示す図である。
【図４Ａ】容量とサイクル数との間の関係を示す本発明の実施形態に関する性能チャートを示す図である。
【図４Ｂ】容量とサイクル数との間の関係を示す本発明の実施形態に関する性能チャートを示す図である。
【図５Ａ】本発明の別の態様による２次電池用の活性材料フレークまたは正電極材料を形成する方法を記載するフローチャート図である。
【図５Ｂ】本発明の別の態様による２次電池用の活性材料フレークまたは正電極材料を形成する方法を記載するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書に本発明の実施形態を示し且つ記載しているが、そのような実施形態が例示としてのみ与えられていることは、当業者にとって明らかであろう。本発明の範囲から逸脱することなく、多数の変形した形態、変更および置換は、当業者にとって明らかであろう。本明細書に記載される本発明の実施形態に対するそのような代替が、本発明の一部としてみなされることは理解されるはずである。
【００１４】
本発明についての本明細書の目的として、「粒子（particle）」という用語は、秩序ある、または無秩序な結晶で、すなわち単結晶または多結晶で、あるいはアモルファス形態で存在することができる、任意の微細に分散された規則正しくまたは不規則に形成される単一の構造体と解釈すべきである。複数の１次粒子が凝集して、本発明による２次またはフレークの構造体を形成することができる。別法として、２次の構造体または粒子が塊となって、３次またはフレークの構造体を形成する場合がある。「フレーク」という用語は、１次粒子からなる複数の個々の粒子または２次（中間）構造体と解釈することができる。
【００１５】
図１は、本発明の原理により製造される電極を示す。この電極は、リチウム２次電池用の正極構成部品として形成することができる。所定の厚さ１４０を有する正極または活性材料被覆を基板層１００の上に付着または堆積させることができる。この被覆は、本発明の別の態様により形成される複数の細長い構造体またはフレーク１２０を含むことができる。充填剤１３０をフレーク１２０との組み合わせで正極被覆の一部として含ませることもできる。さらに、この被覆は電解質１５０との流体接触で配設することができる。電池内での活性材料と電解質との間の相互作用は良く知られている。リチウム電池での使用に適した任意の電解質を本明細書で提供される正電極と共に使用することもできる。リチウムイオン電池の用途に関しては、放電段階中のリチウムイオンは、電解質１５０を通って迅速に移動し、活性材料内に挿入されるであろう。
【００１６】
液体、半固体またはさらに固体などの、任意の形態のものを含む様々な電解質を本発明に使用するために選択することができる。この電解質は、電気エネルギーを貯蔵し且つ放出する化学反応をもたらすように活性電極材料と協働すべきであり、多くのそのような化学反応は既に知られている。リチウムイオン電池の用途に対して、電解質は、エチレンカーボネートおよびジメチルカーボネート中のヘキサフルオロホスフェートなどのリチウムイオン伝導性の化学物質から一般に選択することができる。同様に、電池の安全な動作のために、かかる電解質は非可燃性群の化学物質から好ましく選択することができる。
【００１７】
図１は単一の層の正極被覆を示しているが、層の数は選択される用途に応じて電極から電極に、電池から電池に本発明に従って変更することができることが理解されるはずである。例えば、この被覆は一般に、基板の両側が被覆層を有するように、両面または両層の被覆である。
【００１８】
この被覆は、比較的大きな平均最大寸法を有する細長い構造体またはフレークを含むことができる。本発明で提供されるこの細長い構造体またはフレークは、基板上に平らに且つ基板に全体として平行に横たわる傾向にあり、したがってそれ自体は、隣接するセパレータシートもしくはフィルムを通り抜けるかまたは突き刺す可能性が少ない。さらに、これらのより長いフレークは、比較的短い形態だが比較的厚い正極被覆を形成する他の公知の粒子と区別できる、相対的に薄い正極被覆を形成することができる。本発明で提供されるフレークは、被覆中で基板に対して直立な状態にある場合でさえ被覆層を貫通しない、比較的大きな平均最長寸法を有し、そのため、より短い粒子よりも平らに定着し且つ横たわる傾向にある。例えば、中に複数の実質的に整列したフレークを有する、好ましくは３０μｍ以上の厚さの、比較的薄い正極被覆を形成することができる。本発明の他の実施形態では、この正極被覆は、約３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５または１００μｍの厚さで設けることができる。さらに、本明細書で電極被覆内に形成される粒子間の接続性は、電子輸送を容易にすることができる。この被覆は、かなりの粒子間接続性を有する、密に詰め込むことができる活性材料フレークを含む。したがって、このフレークは、界面または境界なしに物理的連結を形成することができる。粒子間の接続性の欠如は、さもなければ、近接もしくは隣の粒子に横切って飛ぶかまたはトンネル通過する電子を要求するかもしれない。したがって、本明細書で提供される前記被覆は、比較的高い粒子間の接続性をもたらすユニークな形態を有する活性材料フレークを含有する。同時に、このフレークは被覆内での全体的な物理的整列を形成する可能性があり、それによって任意の所定の層内のフレークは、近接する層からのフレークと多数の接触箇所を有する。この特性は、他の形態的に異なる材料および粒子形状と比較して、増大した出力およびエネルギー密度を、２次電池に少なくとも部分的に与えることができる。
【００１９】
図１に示す電極は充電可能な２次電池の断面であり得、図示しないが、別の電極（負極）が、当業者に知られているように組み立てられ、且つ結びつけられることが理解されるはずである。
【００２０】
フレーク寸法
本発明により提供されるフレークは、様々な２次電池用に製造することができる。これらの細長い構造体は、被覆の一部として導電性基板上に層を形成させて、電極を形成することができる。本明細書で選択される開始活性材料は、本発明による正電極材料としてその使用が可能な、様々なフレークまたは粒子の径を提供することができる。
【００２１】
一般に、本明細書での２次粒子またはフレークの径は、数平均最長寸法として約６０〜２００μｍの範囲にある。複数のフレークを正極被覆内で積み重ねたり相互に編むことができ、このフレークは好ましくは約６０μｍより大きな数平均最長寸法を有する。このフレークは、好ましくは６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１７５、１８５、１９０または２００μｍより大きな数平均最長寸法を有して形成することもできる。
【００２２】
５０μｍより大きなフレーク径を有する正極活性材料が一般に好ましい。そのような細長い構造体またはフレークは、公知の活性材料構造体もしくは粒子形態より著しく長いか、または相当に大きな最長寸法を有する。その上、このフレークは、約１７、１９、２１、２３または２５μｍの最小または最短寸法で形成することができる。一方で、本明細書で提供されるフレークまたは２次粒子は、個々の１次粒子から形成することができる。この１次粒子は、（最長寸法）約１０〜５００ナノメートル（１０−９ｍ）の範囲の径を有することができる。したがって、これらの（ナノ）範囲内の１次粒子の使用は、選択される活性材料の詰め込み密度および粒子間接続性を改善することができる。正極材料として使用するのに適した任意の活性材料を、リチウム電池用の正電極を形成するために、本発明に従い、より高次の２次粒子またはフレークを形成するための基礎的要素または１次粒子として選択することができる。
【００２３】
本明細書で提供される金属酸化物フレークを正極活性材料として使用すると、高出力且つ高エネルギーの電池が得られることが観察されている。リチウム含有酸化物正極、および二硫化チタン負極またはカーボン負極のいずれかを利用した２次電池に使用するための比較的小さなフレーク構造体については、既に記載されている。（米国特許第６，３３７，１５６号および第６，６８２，８４９号−Ｎａｒａｎｇ参照）。しかし、そのような被覆は一般に、直行するｘ、ｙおよびｚ軸のアスペクト比が平均約３：１：１であるような扁長の回転楕円体の形状を有する、最長寸法が２０〜５０μｍ（測定値）である微細な粒子を含んでいた。一方で、本発明により提供される、ほぼ６：６：１という好ましいアスペクト比を有する上記の粒子よりも大きな細長い構造体は、驚くべきことに改善された性能特性を実証している。これらの予想外の結果は、少なくとも部分的には、フレーク形態および比較的長い構造体の寸法に起因する可能性があり、それにより、これらの構造体の最長寸法は、実質的に５０μｍより長く、好ましくは１００μｍより長い範囲内となる。試験中、このフレークまたは３次粒子の径は、ほぼ正方形の開口部を有するスクリーンに前記活性材料を通すことにより測定された。使用されるスクリーン径は、それぞれ１５０、１０５および６３μｍに対応する、（米国メッシュサイズで）１００、１５０および２３０であり得る。ＳＥＭ画像の観察（図２参照）により、本明細書で提供されるフレークおよび第３の構造体の径を確認することができる。したがって、形成されるフレークの最大寸法は、少なくとも選択されたスクリーンの径の寸法であると共に、もっと長い可能性があり、結果として６３、１０５および１５０μｍよりも長い最長寸法を有するフレークとなり得る。
【００２４】
活性材料
本発明により提供されるフレークおよび細長い構造体は、一以上の金属酸化物または金属リン酸塩を含む様々な活性材料から形成することができる。
【００２５】
本明細書に記載のフレークを形成するのに使用できる活性材料の例として、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）などの金属酸化物が含まれる。例えば、本発明の考え方は、高出力電池に使用するための細長い活性材料フレークを有する正極を形成するために、米国特許第６，３３７，１５６号および第６，６８２，８４９号（Ｎａｒａｎｇ）に記載されたＬｉＣｏＯ２組成物に適用することができる。
【００２６】
本明細書で選択することができる他の活性材料には、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ（Ｍ１Ｍ２Ｃｏ）Ｏ２（式中、Ｍ１およびＭ２はＬｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｇまたはＡｌの中から選択される）が含まれる。別法として、本発明はＬｉ２Ｍｎ２Ｏ３との複合体である金属酸化物材料を組み込むことができ、この複合体のもう１つの成分は、参照によりその全体が本明細書に引用される米国特許第７，３０３，８４０号（Ｔｈａｃｋｅｒａｙ）に記載されたような層状またはスピネル型の構造を有する。本発明の幾つかの実施形態では、この金属酸化物材料は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ（Ｍ１ｘ１Ｍ２ｘ２Ｃｏ１−ｘ１−ｘ２）Ｏ２（式中、Ｍ１およびＭ２はＬｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＭｇまたはＡｌの中から選択され、０≦ｘ１≦０．５、０≦ｘ２≦０．５である）よりなる群から選択することができる。本発明の幾つかの実施形態では、この金属酸化物材料は、０＜ｘ＜０．８であり且つＭ１が一以上の金属元素である、ＬｉＭ１（１−ｘ）ＭｎｘＯ２であり得る。
【００２７】
別法として、ＭがＦｅ、Ｍｎ、ＮｉまたはＣｏのうちの１つまたは組み合わせから選択される、化学式ＬｉＭＰＯ４で表される金属リン酸塩材料も選択することができる。例えば、本発明の一実施形態は、正極が米国特許第５，９１０，３８２号（Ｇｏｏｄｅｎｏｕｇｈ）に記載されたような金属リン酸塩化合物からなる、電気化学電池を提供することができる。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態では、この金属酸化物材料は、参照によりその全体が本明細書に引用される米国特許第６，９６４，８２８号に記載されるものを含む、正極組成物およびニッケル−マンガン−コバルト（ＮＭＣ）材料（3M Innovative Properties Company, Battery Cathode Material, BC-618, BC-718およびBC-723）を含むことができる。そのような材料を利用した電極は、０＜ｘ＜０．５であるＬｉＭ１（１−ｘ）ＭｎｘＯ２（式中、Ｍ１は一以上の金属元素を示し、他の実施形態ではＭ１がニッケル、コバルトまたはそれらの組み合わせを含む）として記載することができる。本明細書で選択される正極用のより好ましい活性材料には、特定の材料であるＬｉＮｉ０．３３Ｃｏ０．３３Ｍｎ０．３３Ｏ２（ＮＭＣ）が含まれる。本発明によりＮＭＣから作られたフレークを備える上記電極は、ＮＭＣの粒子から作られた電極よりも、パルスモードおよび連続モードの両方において、高い放電速度でより良好に性能を発揮することが認められている。
【００２９】
本発明により使用される初期のＮＭＣ材料は、１次粒子からなる非常に微細な粉体から作ることができる。これらの１次粒子は一般に、約８μｍ以下の直径、且つ特定の用途に対しては、好ましくは６μｍの直径を有する、球状であり得る。別法として、ＮＭＣ粉体は、ナノメートル寸法の１次粒子で作られた２次粒子からなり得る。このＮＭＣは、本明細書で提供される２次構造体またはフレークを形成するために使用することができ、フレークを篩い分けするのに使用される選択されたスクリーン径によって測定されると、５０μｍ、１０５μｍまたは１５０μｍ以下の最長寸法を有するのが好ましい場合もある。好ましい実施形態では、このフレークは、非常に微細な１次結晶から作られた多結晶材料でもあり得る。上述のように、本明細書でのＮＭＣフレークまたは細長い構造体を備えた正電極は、ＮＭＣの粉体形態のみを用いた電極と比較すると、高い速度で優れた性能を実証したことが認められている。したがって、本発明の好ましい実施形態は、電動工具、移動式および携帯式電子機器用の、一般的に使用される１８６５０電池を含む、様々な電池のサイズおよび型式用のＮＭＣ電池を提供することができる。
【００３０】
充填剤
様々な充填剤を、本明細書で正電極（正極）被覆の一部として、活性材料と共に組み込むことができる。一以上の充填剤を、被覆内のフレークまたは細長い構造体の間の空間または空隙内を充填するために選択することができる。好ましい充填剤は、任意の方向に対して約１７μｍよりも小さな平均粒子径を有する粉体を含むことができる。他の代替的な充填剤は、金属酸化物材料もしくは金属リン酸塩材料、または金属酸化物材料および金属リン酸塩材料の組み合わせから構成することができる。
【００３１】
集電板
本明細書で提供される活性材料フレークまたは細長い構造体は、既知の技術に従って、集電板または導電基板上に堆積された被覆中に組み込むことができる。集電板または導電基板用の例示的な材料には、アルミニウム、銅、ニッケル、鋼およびチタンが含まれる。本明細書での集電板または基板は、円筒形構造体、グリッドおよび箔を含む様々な形態となるように形成することができる。リチウム電池に使用するのに適した任意の集電板を選択することができる。本発明により提供される活性材料は、以下に限定されないが、１８６５０円筒状電池型式のリチウムイオン電池を含む、様々なリチウム電池の型式や構成に組み込めることが理解されるはずである。
【００３２】
図２は、本発明により提供されるフレークの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。本明細書での具体的なフレークの径および形状は、様々な条件の下で異なる活性材料を用いて形成することができ、そのため形態が異なる場合がある。例えば、本発明の好ましい実施形態は、本明細書中で記載したような小さな１次粒子を有するＮＭＣ粉体を組み込む。この小さな粒子は、ＳＥＭで見ることができるような２次構造体を形成するように、本発明の他の実施形態に従って結合させることができる。一以上の２次構造体は、順に結合させて、本明細書で提供される全体的なフレーク構造体を形成することができる。この２次構造体は、６μｍという好ましい平均粒子径を有することができる。したがって、本発明の好ましい実施形態は、３つの範囲または種類の粒子、すなわちナノメートル範囲内の１次粒子、６μｍ範囲内（以下）の２次粒子、および５０μｍ以上という好ましい範囲の平均数最長寸法を有するフレークを有すると説明することができる。改善された電池性能は、６３μｍの範囲内およびさらに大きなものもいくらか含む、異なる径のフレークにより達成できることが認められている。
【００３３】
図２に示すようなフレークまたは２次粒子は、単結晶、または好ましくは多結晶であり得る。これらの構造体は、本明細書の他の箇所で説明されるような本発明の別の態様に従って製造することができる。
【００３４】
図３Ａ〜Ｂおよび４Ａ〜Ｂは、図２に示すことができるような、本発明により形成される例示的なフレークの性能を記載するグラフである。実際のフレーク径と独立してまたは関係なく、幾つかのフレークで同様の電池性能を達成できることが認められている。
【００３５】
例えば、２つの異なるフレーク径：１７μｍ（最短寸法）×１５０μｍ（最長寸法）の第１のフレーク径、および１７μｍ×６３μｍの第２のフレーク径を有する正極被覆を試験した。３５Ａのパルスを１０秒間（パルス長）供給するパルス試験を、各フレーク径を用いて行い、図３Ａに示す結果が得られた。両方のフレーク径について図示するように、パルスの数、および測定されたワット−時間（Ｗｈ）について、同程度の電池性能が達成された。さらに、速度試験（rate test）を、各フレーク径を用いて実施し、図３Ｂに示す結果が得られた。その際、８つの異なる放電電流レベルを試験し、その後１．３Ａで充電した。放電は、Ｃ／５、Ｃ、５Ａ、１０Ａ、１５Ａ、２０Ａ、２５Ａおよび３０Ａであり、各放電電流に続いて１．３Ａで充電しながら行った。各放電電流レベルで異なるフレーク径を有する電池に対して、同様の性能が観察された。
【００３６】
図４Ａ〜Ｂに示すような２つのフレーク径を組み込んだ正極について、他の試験を行った。フレーク径に関わらず、２００を超えるサイクルが、比較的高い速度で達成された。図４Ａに示すように、電池容量がサイクルの数と共に減少した量は、各フレーク径について同程度であった。このサイクル試験中、放電は、５Ａで試験され且つ１．３Ａ（４．２〜２．５Ｖ；室温）で充電された。より高いエネルギーパルスを伴う別のサイクル試験も行われ、同様の相対性能データがもたらされた。図４Ｂに示すように、容量は、予想した通り、サイクルの数と共により高い速度で減少したが、その速度は各フレーク径について一様に同じであった。容量保持が所望の８０％レベルを下回る前に１０Ａ放電速度で、約２０８〜２１２サイクルが達成された。このサイクル試験中、放電は、１０Ａで試験され且つ１．３Ａ（４．２〜２．５Ｖ；室温）で充電された。
【００３７】
図５Ａ〜Ｂは、２次電池用の活性材料フレークおよび正電極を形成する方法を記載したフローチャート図である。例えば、本発明の好ましい実施形態は、引き続き正電極被覆に使用できる活性材料フレークを最初に作るかまたは形成するための方法を提供する。本明細書中で記載される正極活性材料は、ＮＭＣ粉体などを選択することができる。この粉体は、１０〜０．５０μｍの、より好ましくは６〜１μｍの範囲の平均粒子径を有する球状の１次粒子からなり得る。当業者に知られているように、結合剤および溶媒を加えることによって、スラリーを調製することができる。明細書で提供される活性材料フレークの形成に際しては、任意の適当な結合剤および溶媒を使用することができる。例示的な結合剤には、好ましくはポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が含まれ、例示的な溶媒には、好ましくはイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）が含まれる。このスラリーは、基板上に塗布され、所望のパラメータに従って乾燥され得る。当業者に知られているように、例示的な基板には、他の高分子フィルムおよび材料を使用することもできるが、ポリエチレン（ＰＥ）が含まれる。対流乾燥機、粉砕機または篩などの公知の設備を使用する乾燥に続いて、前記活性材料は、断片化されるかまたは砕かれて、フレークまたは細長い構造体にすることができる。
【００３８】
本発明に従い、下記の２つの追加工程がさらに実施される：所望の温度または温度範囲で様々な時間（好ましくは４００〜１１００℃で１〜４８時間）、フレークを焼結させる工程；および当該焼結した構造体を、適当な金属スクリーン上に移し且つこの金属スクリーンに通すことにより、フレークを分離して、所望の径までそれらをバラバラにする工程。図５に示す一以上の工程のうちのいずれも、任意に実施でき、且つ選択される用途に応じて異なる順序で行うことができることが理解されるはずである。
【００３９】
焼結
本発明の好ましい実施形態では、正電極用の活性材料フレークまたは３次粒子は、焼結工程に付される。より小さな１次粒子の塊化から形成することができる当該フレークは、焼結に先立って「未焼結の（ｇｒｅｅｎ）」状態にあるとして特徴付けられることがある（別称「未焼結フレーク」）。引き続き、前記フレークは、１次粒子の物理的な連結および粒子間の接続性をもたらすことができるように、炉または加熱炉などの加熱装置内で焼結することができる。例えば、ＮＭＣ活性材料の１次粒子は、結果として活性材料粒子を物理的に連結し、そのためより高次のフレークおよび／または３次粒子を形成する、様々な条件の下で焼結することができる。より低い温度ではより長い焼結時間が必要とされ、その逆もまた然りであることは、一般に認められている。
【００４０】
前記フレークは、一以上の選択された時間に亘り、一以上の所望の温度または温度範囲で焼結することができる。例えば、フレークは下記の任意の温度および／または時間の組み合わせに従って焼結することができる：約４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００または１２００℃；約１、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、４６、４７、４８、４９または５０時間。本発明により提供される当該フレークは、所望の粒子間連結性をもたらすことができるように、結果的に、活性材料粒子を物理的に連結することができる、任意の条件の下で焼結させることができる。
【００４１】
フレークの分類／カテゴリー化
本発明のこの態様により形成されるフレークは、様々な条件に応じて径が変化する場合がある。当業者に知られているように、これらのフレークは、質量（または数）平均ベースに基づく実際のフレーク径を調べ且つ求めるためにＳＥＭ写真を介して観察することができる。本明細書でのフレークまたは細長い構造体を、従来型の分離システムおよび方法論を用いて、それらの径により、分類またはカテゴリー化することが好ましい。
【００４２】
例えば、篩い分けおよびスクリーニングは、混合物または粒または粒子を２つ以上の径の部分（画分）に分離する方法である。材料のうちオーバーサイズの粒子は、スクリーン上に捕えられる一方、アンダーサイズの材料はスクリーンを通過することができる。篩は、様々なサイズ（径）の部分（画分）となるようにサンプルを分割し、これにより粒子径分布を求めるために、積み重ねて使用することができる。篩およびスクリーンは通常、より大きな、すなわち約５０μｍ（０．０５０ｍｍ）よりも大きな粒子径の材料用に使用される。
【００４３】
粒子径を分類するために一般に使用される２つの尺度は、ＵＳ  Ｓｉｅｖｅ  ＳｅｒｉｅｓおよびＴｙｌｅｒ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔであり、Ｔｙｌｅｒ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔは、Ｔｙｌｅｒ  Ｍｅｓｈ  ＳｉｚｅまたはＴｙｌｅｒ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓｉｅｖｅ  Ｓｅｒｉｅｓと呼ばれることもある。これらの尺度に対する最も一般的なメッシュ開口サイズが、以下の表中に示され、粒子径に関する指標を与える。
【００４４】
【表１】
2010108907.tif 000003
【００４５】
このメッシュ番号システムは、スクリーン内の直線インチ（２５．４ｍｍ）当たり、いくつの開口部が存在するかに関する基準である。サイズは、２１／２の倍数で変化する。これは、スクリーンが標準的な直径を有するワイヤーで作られているので簡単に求めることができるが、開口部サイズは、磨耗および変形に起因してわずかに変化し得る。ＵＳ  Ｓｉｅｖｅ  Ｓｉｚｅは、任意の番号に基づく独立した尺度であるという点で、Ｔｙｌｅｒ  Ｓｃｒｅｅｎサイズとは異なる。
【００４６】
フレークスラリー（１次スラリー）の調製
本発明の他の態様により形成されるフレークについて、分類されたフレークの所定量を選択することができる。活性材料フレークのスラリーは、選択された充填剤粉体、導電性粉体、結合剤および溶媒を加えることによって調製することができる。本明細書で提供される活性材料フレークスラリーの形成の際には、適当な結合剤および溶媒を使用することができる。例示的な導電性粉体または導電剤には、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（ＫＥＴＪＥＮ  ＢＬＡＣＫ）、Ｓｕｐｅｒ−Ｐ、ＰｕｒｅＢｌａｃｋ、天然グラファイト、合成グラファイトまたは膨張グラファイトが含まれる。幾つかの実施形態では、導電剤は上記したものの混合物であり得る。本明細書で加えられるカーボンは、特定のグレード、カーボン源またはその製造者には何ら限定されない。例示的な結合剤には、好ましくはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレン  プロピレン  ジエン  ｔｅｒ−ポリマー／モノマー／Ｍクラスゴム（ＥＰＤＭ）およびポリビニルアルコール（ＰＶＡ）が含まれる。例示的な溶媒には、好ましくはＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、アルコール（エタノール）、およびアルコール／水の混合物が含まれる。
【００４７】
本発明の代替的な実施形態では、フレークは、それらの表面と密接に接触しているカーボン被覆を伴った状態で形成することができる。これは、電極の容量および全体的な導電性を増加させ得る。
【００４８】
本明細書におけるフレークまたは細長い粒子は、フレークスラリーに含まれると、容易に取り扱えることが認められている。これらの相対的に大きな構造体は、相対的に大きな最長寸法で形成されるが、溶媒の蒸発後、特に電極の圧縮後に、相対的に平滑な電極被覆をもたらすことが見出された。これは、ロール被覆方法のような公知の手法を介した流れ場を適用することが、フレークが被覆中で平らになることを促進し得ることを示唆している。最終圧縮を単軸プレスまたはカレンダー機械によって与えることができる。当該フレークスラリーは、本明細書中に記載したそれらを含む電池の試験によって実証されたように、非常に高い速度の能力を有する正極をもたらすことができる。
【００４９】
被覆された基板
本明細書における当該フレークを備える正電極材料は、様々な基板上に堆積させることができる。例えば、当業者に知られているように、金属箔などの導電性基板を使用することができる。基板用の例示的な材料には、アルミニウム、銅、ニッケル、鋼およびチタンが含まれる。したがって、当該フレークは、堆積した正極被覆内に整列させることができ、それにより基板上の被覆の厚さは、本発明の幾つかの実施形態に対し、好ましくは５０μｍ未満であり、または好ましくは３０μｍ以上である。
【００５０】
多くの公知の方法を、導電性基板を本明細書に記載の活性電極材料で被覆するために用いることができる。典型的な方法には、スプレー被覆またはスプレー堆積、ならびに米国特許第５，７２１，０６７号（Ｊａｃｏｂｓら）、米国特許第４，６４９，０６１号（Ｒａｎｇａｃｈａｒ）および米国特許第５，５８９，３００号（Ｆａｕｔｅｕｘ）に記載されたもの等の技術が含まれる。別法として、被覆を形成するための他の方法には、ロール被覆、鋳造、電気めっき、熱スプレー、空気スプレー、超音波スプレー、気相堆積、粉体被覆および他の公知の手法が含まれる。
【００５１】
被覆された基板の圧縮
本明細書で提供されるようなフレークまたは細長い構造体を用いて形成される正極材料を使用する利点は、それらが正電極の製造に際し、さらなる圧力によって容易に整列させることができることである。制御された量の圧縮力または単軸力をフレークに加えることによって、それらを好ましい様式でまたは方向に再配列させることができるように、当該フレークを操作することができる。例えば、それらの相対的に平らな面を、被覆上に加えられる力の方向に対して実質的に垂直に整列させることができる。前記フレーク形状の他の利点は、それが重量当たりまたは体積当たりの大きな表面積、および他の幾何学的形状と比較してより高い充填密度をもたらし、これにより本明細書で提供される電極に、相対的に高い電極エネルギー密度をもたらすことである。
【００５２】
本明細書で提供される正極被覆は、圧縮力または圧力を利用して形成することができる。同時に、その中のフレークまたは細長い構造体は、密に充填された規則的または不規則な、相互に編まれてなるスタックを好適に形成でき、これにより、それらを互いに密に接触させることができる。
【００５３】
本明細書における電極被覆は、ロール被覆方法などの様々な公知の手法を介して、集電箔または基板上に堆積させ且つ層状化することができる。
【００５４】
本発明の代替的な実施形態では、被覆の充填密度を向上させるために、装置によるフレークの圧縮というさらなる工程を、ロールミル等の装置を用いて実施することができる。高密度の正電極活性材料構造体を含むこれらの被覆は、電解質によって濡らされるだけの十分な空隙率を既に有してもよい。しかし、それらの空隙率は、当業者に知られているように、幾つかの用途に対しては、さらに改変することができる。
【００５５】
本発明の他の実施形態は、単軸圧力を与えることに加えて、様々な他の手段による乾燥した被覆を緻密化するという、さらなるまたは代替的なステップを含むことができ、その際、この緻密化のステップは、粒子を好ましい方向もしくは配向に、またはこれに沿って、整列させることができる。例えば、最終の緻密化手段は、プラテンプレスもしくはカレンダープレスまたは任意の他の適切な手段を用いて行うことができる。カレンダー加工（calendaring）のステップは、所望のレベルの緻密化を達成するために、２回（２回処理（two-pass）のカレンダー加工）またはそれより多く行うことができる。前記緻密化のステップは、電極被覆中のフレークのより大きな整列効果をもたらすために、好ましく行われ得る。その上、緻密化という追加のステップの無い方法で得られる電極と比較して、フレークの物理的接触の増大を達成することができる。好ましくは、加えられる圧力が、得られる電極の電気伝導性、イオン伝導性および容量を増加させることができる単軸圧力である。
【００５６】
本発明の好ましい実施形態は、３０００〜９０００Ｎ／ｃｍ、幾つかの用途に対しては好ましくは５０００〜７０００Ｎ／ｃｍという、広い範囲で加えられる線圧力を有するロールミルを用いて行われる緻密化のステップを含む。加えられる線圧力のための選択された範囲は、電極被覆内での好ましい方向へ、細長い構造体を所望のように整列させ、これにより所望の電極構造体を生じさせることができる。上述のように、前記細長い構造体は、好ましくは、フレークの形態で形成され、実質的に共通の面に沿って整列する。
【００５７】
本発明の他の実施形態は、前述の緻密化または圧縮のステップ（工程）を含まないことが理解されるはずである。幾つかの用途については、とにかくフレークまたは細長い構造体の整列が認められ、被覆が基板上に堆積される際にフレークが整列する場合、そのような整列は、製造方法中の内在的な緻密化に、少なくとも一部は起因し得る。フレークは、基板上に被覆され、単一フレークからなる電気伝導性を有する電極の調製時に圧縮されることが好ましい場合もある。しかし、基板上への活性材料組成物の付着によって既に、整列を達成することができる。さらに、前記フレークの形成は、当業者により日常的に実験されている結晶化の条件により決まる場合もある。好ましい実施形態では、形成された構造体は、多結晶フレークの形態である。これらのフレークの特定の径および最長寸法は、多くの用途にとって最も重要なことではない。しかし、本発明の目的のためには、前記構造体が、全体的に平らに配置され、被覆内で実質的に整列していることが好ましい。
【００５８】
両面被覆
本発明の代替的な実施形態では、両面被覆を有する電極を形成することができる。両面被覆（のステップ）は、上記で説明した被覆工程を選択された基板に対し２回続けることによって形成することができる。フレークスラリーは、導電箔または基板の第１の面上に被覆することができ、この被覆された箔を裏返しにするという後続の工程を、プレスする前に実施することができる。実質的に同一のまたは他の活性材料被覆を、導電箔の第２の（対向する）面に付着させることができる。その後、両面被覆された箔を所望の最終電極厚さまでプレスすることにより、圧縮工程を行うことができる。
【００５９】
電池の調製
本明細書で提供される正電極材料は、充電可能なリチウム２次電池の製造に使用することができる。正電極（正極）は最初に、本明細書の他の箇所で記載されたものを含む、選択された充填剤粉体、導電性粉体、結合剤および溶媒と混合して、本発明に従い形成された様々な分類またはカテゴリー化されたフレークを有するスラリーを調製することにより、製造することができる。その後、このスラリーを導電性基板上に被覆し、次に、被覆された基板を乾燥または加熱させて溶媒を蒸発させ、次いで、この被覆された基板を所望の最終の電極厚さまでプレスすることができる。以下では、好ましい実施形態によるこれらの工程をさらに説明する。
【実施例】
【００６０】
電気化学電池の調製
本発明を、その範囲を限定することを意味しない以下の実施例によってさらに説明する。当業者にとって公知の代替を含む、以下の工程および材料、ならびにそれらの組み合わせは、本発明の範囲内に含まれることが理解されるはずである。本発明の幾つかの電極の実施形態を以下のように調製した：
【００６１】
正極
例示的な正極は、（重量パーセントで）：８５〜９５％のＮＭＣ（ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２、）（３Ｍ）；１〜１１％のＡｃｅ  Ｂｌａｃｋカーボンブラック（Soltex）；および１〜５％グラファイトグレードのＡＢＧ１０１０（６．０％グラファイトグレードのＡＢＧ１０４５、Superior Graphite）を含む最初の混合物を用いて、以下のように調製することができる。これらの原料を、１リットル瓶中でアルミナ粉砕媒体（１２．７ｍｍ（１／２インチ）径）と１．５時間混合することができる。次に、追加的に４〜１４重量％のＫｙｎａｒグレード７６１（Arkema）を加えることができ、この粉体はさらに１５分間混合される。上記の混合物は、「正極乾燥混合物」と呼ぶことができる。この正極乾燥混合物を、プラスチックボウルに移動させることができ、これに８０〜１３０重量％のＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）（Sigma Aldrich）を加える。ボウル内の内容物は、シェーカーを用いて３０分間混合し、正極スラリーを形成することができる。次に、１８〜２８重量％のＮＭＣフレークをこのスラリーに加えることができる。このスラリーは、さらに１５分間振り混ぜることができる。
【００６２】
この正極は、逆転ロール被覆機を用いて、アルミニウム箔（２０μｍ厚さ、２７９．４ｍｍ（１１インチ）幅）をこの正極スラリーで被覆することにより、作ることができる。かかる装填量（単位面積当たりの被覆の重量）は、片面当たり約１４ｍｇ／ｃｍ２でありうる。アルミニウム箔の両側を被覆することができる。被覆後、正極のロールは真空炉内で、約１２０℃で約１０時間乾燥させることができる。
【００６３】
真空乾燥の後、この正極は、２つのロールの間で約１２０μｍの厚さにカレンダー加工することができる。次いでこのカレンダー加工された正極は５４ｍｍ幅にスリットし、所望の長さ（約７２ｃｍ）に切断することができる。アルミニウムのストリップ（１００μｍ厚さ、４ｍｍ幅）を、前記箔の端部近くでこの箔に超音波溶接をして、タブを形成することができる。
【００６４】
負極
例示的な負極は、（重量パーセントで）：９５〜９９％のカーボン；グレードＣＰｒｅｍｅ  Ｇ５（Conoco Phillips）および１〜３％のＡｃｅ  Ｂｌａｃｋカーボンブラック（Soltex）を含む最初の混合物を用いて、以下のように調製することができる。これらの原料を、１リットル瓶中でアルミナ粉砕媒体（１２．７ｍｍ（１／２インチ）径）と１．５時間混合することができる。次に、追加的に０．１〜０．９重量％のシュウ酸（Sigma Aldrich）および２〜１２重量％のＫｙｎａｒグレード７６１（Arkema）を加えることができ、この粉体をさらに１５分間混合することができる。上記の混合物は、「負極乾燥混合物」と呼ぶことができる。この負極乾燥混合物を、プラスチックボウルに移動させることができ、これに２４０〜２９０重量％のＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）（Sigma Aldrich）を加えることができる。当該ボウル内の内容物を混合し、負極スラリーを形成することができる。この混合は、シェーカーを用いて３０分間行うことができる。
【００６５】
この負極は、逆転ロール被覆機を用いて、銅箔（１３μｍ厚さ、２７９．４ｍｍ（１１インチ）幅）をこの負極スラリーで被覆することにより、作ることができる。かかる装填量（単位面積当たりの被覆の重量）は、片面当たり約７．３５ｍｇ／ｃｍ２であり得る。前記銅箔の両側を被覆することができる。被覆後、負極のロールは、真空炉内で、約１２０℃で約１０時間乾燥させることができる。
【００６６】
真空乾燥の後、この負極は２つのロールの間で約１１０μｍの厚さにカレンダー加工することができる。次に、このカレンダー加工された負極は、５６ｍｍ幅にスリットし、所望の長さ（約７４ｃｍ）に切断することができる。ニッケルのストリップ（１００μｍ厚さ、４ｍｍ幅）を、箔の端部近くでこの銅箔に超音波溶接をして、タブを形成することができる。
【００６７】
具体的な実施形態が図示され説明されてきたが、様々な改変をそれに対して行うことや本明細書で企図されていることは、上述から理解されるはずである。本発明は、本明細書中で示した特定の実施例によって限定されることを意図していないことも理解されるはずである。本発明を上述の明細書を参照して説明してきたが、本明細書での好ましい実施形態の説明および図示は、限定された意味で解釈されることを意図していない。さらに本発明の全ての態様は、様々な条件および変数によって変わり、本明細書で記載される特定の描写、構成または相対的な比率に限定されないことが理解されるはずである。本発明の実施形態の構成および詳細における様々な改変は、当業者にとって明白であろう。したがって、本発明はそのような改変、変形した形態および均等物のどのようなものも包含すべきであることを企図している。
【図１】
2010108907.tif 000004
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【外国語明細書】
2010108907000001.pdf